Όσο παράξενοι και μοναδικοί κι αν μας φαίνονται οι νόμοι του κβαντικού κόσμου στην καθημερινότητά μας, υπάρχουν στιγμές που η επιστήμη συλλαμβάνει φαινόμενα τόσο ξένα όσο και παράξενα οικεία.
Για πρώτη φορά, ερευνητές παρατήρησαν σταγόνες να διασπώνται σε «κβαντική βροχή» μέσα σε ένα εκφυλισμένο, υπερκρύο υγρό αποτελούμενο από ισότοπα καλίου και ρουβιδίου, δημιουργώντας μια εντυπωσιακή γέφυρα ανάμεσα στη δυναμική των κλασικών ρευστών και την αιθέρια φύση των ατομικών αερίων.
Το πείραμα που οδήγησε σε «κβαντική βροχή»
Η ομάδα φυσικών από την Ισπανία και την Ιταλία μελέτησε τις ιδιότητες ενός κατακερματισμένου κβαντικού υγρού, ενισχύοντας τη γνώση μας γύρω από τη συμπεριφορά των κβαντικών ρευστών και ανοίγοντας τον δρόμο για εφαρμογές στις κβαντικές τεχνολογίες.
«Οι μετρήσεις μας όχι μόνο ενισχύουν την κατανόηση αυτής της εξωτικής φάσης του υγρού, αλλά δείχνουν και τη δυνατότητα δημιουργίας συστοιχιών κβαντικών σταγόνων για μελλοντικές εφαρμογές», δήλωσε ο Λούκα Καβιτσιολί από το Ιταλικό Εθνικό Ινστιτούτο Οπτικής.
Μια βροχή που μοιάζει οικεία… αλλά δεν είναι
Όπως βλέπουμε τις σταγόνες βροχής να χορεύουν στο τζάμι, με επιφάνεια που κρατιέται ενωμένη από την τάση, έτσι και οι σταγόνες του υπερκρύου υγρού υπακούν σε δυνάμεις. Στα συνηθισμένα υγρά, αυτές ορίζονται από την αστάθεια Plateau–Rayleigh, μια κατάσταση όπου δυνάμεις συνοχής και απώλειας ενέργειας βρίσκονται σε ένα τεντωμένο σχοινί.
Αλλά στον υπερκρύο κβαντικό κόσμο, οι κανόνες αλλάζουν. Τα άτομα χάνουν την ατομικότητά τους και συγχωνεύονται σε μια κβαντική οντότητα. Ωστόσο, ακόμα και εκεί παραμένει μια εσωτερική ένταση. Οι κυμάνσεις ενέργειας δημιουργούν αποκλίσεις, γνωστές ως διορθώσεις Lee-Huang-Yang, που οδηγούν στη γέννηση στιγμιαίων σταγόνων.
Η καινοτομία του πειράματος
Οι επιστήμονες ξεκίνησαν με ένα μίγμα υπερκρύου καλίου-41 και ρουβιδίου-87 και παρατήρησαν ότι οι κβαντικές σταγόνες διαρκούσαν αρκετές δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου – μια «αιωνιότητα» για τα κβαντικά δεδομένα.
Όταν άφησαν αυτό το υγρό να ρεύσει μέσα σε ένα «κυματοδηγό», μια διάταξη που περιορίζει την κυματοειδή φύση του μείγματος, το φαινόμενο ενισχύθηκε: δημιουργήθηκε μια πραγματική «βροχή» από κβαντικές σταγόνες.
Το μήκος και η μορφή των σταγόνων εξαρτώνταν από τον αριθμό των ατόμων και το επίπεδο ενέργειας του συστήματος. Το πιο εντυπωσιακό όμως ήταν ότι αυτή η διάσπαση συμφωνούσε πλήρως με θεωρητικές προβλέψεις.
Μια γέφυρα ανάμεσα στο κλασικό και το κβαντικό
Η δρ. Κιάρα Φορτ από το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας εξήγησε ότι με τον συνδυασμό πειραμάτων και αριθμητικών προσομοιώσεων, οι ερευνητές κατάφεραν να περιγράψουν τη διάσπαση της κβαντικής σταγόνας με βάση φαινόμενα «αστάθειας επιφανειακής τάσης» – δηλαδή με όρους της κλασικής φυσικής.
«Η αστάθεια Plateau-Rayleigh είναι ένα φαινόμενο γνωστό στα κλασικά ρευστά και στο υπερρευστό ήλιο, αλλά δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ σε ατομικά αέρια», είπε χαρακτηριστικά.
Αυτό το εντυπωσιακό αποτέλεσμα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters και αποτελεί ένα ακόμη βήμα προς την κατανόηση του τρόπου που ο κόσμος μας – από τις βροχερές μέρες μέχρι τα εσωτερικά «σπλάχνα» του μικρόκοσμου – ακολουθεί νόμους πολύ πιο συνδεδεμένους απ’ όσο νομίζαμε.
VIA: FoxReport.gr
